变速箱半自动换档电子控制系统开发.docxVIP

第 20 卷 (总第 102 期)筑 路 机 械 与 施 工 机 械 化200311变速箱半自动换档电子控制系统开发刘钊, 雷星宇, 关景泰(同济大学, 上海 200092)摘要: 介绍了一种半自动换档电子控制系统的组成及工作原理, 对其硬件的组成、功能、原理等进行了研究, 同时给出了 其软件的控制流程。 本换档系统已经在 ZL 50E 装载机上进行了实机装车运行, 其性能达到设计要求。关键词: 变速箱; 半自动换档; 电子控制单元; 档位选择器中图分类号: U 4631212文献标识码: A文章编号: (2003) 01200232021前言自动和半自动变速箱的应用日益普及[ 1, 2 ]。由于工 程机械作业对象复杂, 换档操纵频繁, 驾驶员劳动强度 大, 因此其换档操纵不断朝着自动化方向发展。 目前, 国外的绝大多数工程机械已经实现了半自动操纵, 其 中相当一部分已经实现了全自动操纵。在美国 80% 以 上的工程车辆装备了自动变速器, 日本达到 70% , 欧 洲发达国家也已达到 30%～ 40%。在国内, 虽然大部分工程车辆已经采用动力换档, 但基本上处于手动操纵阶段。 少数高端产品已采用了 全自动或者半自动换档, 但都是直接从国外进口整个 自动变速箱总成或者半自动操纵控制系统总成。 由于 自动化是工程机械换档的发展方向, 所以我国研究人 员在很早就开始了对工程机械全自动和半自动换档操 纵控制的研究, 到目前为止, 虽然已经有了较大的进 展, 但大多数仍处于实验研究阶段, 还没有向市场推出 自己的成熟产品。本文主要基于常林 ZL 50E 装载机的原型, 对其换 档系统进行改造, 实现了换档系统的半自动控制, 并进 行实机装车运行。2工程车辆变速器换档操纵控制的基本要求ZL 50E 装载机的换档系统主要通过液压系统控 制换档离合器来实现档位的选择。 该变速箱有 3 前 3后 6 个档位, 用 5 个换档油缸控制前、后、1 档、2 档、3档共 5 个换档离合器的分离和结合, 实现换档操纵。 半自动换档控制系统首先要能根据驾驶员的意图准确、及时地实现换档的电操纵。同时半自动换档控制 系统还需要一些附加功能。( 1) 根据工程机械的特点, 一般需要具有强制低 档 (K ick 2D ow n) 功能。 强制低档是指当工程机械的工 作装置处于作业状态时, 在不操纵档位选择器的条件 下自动切换到低档。作业操作完成后, 驾驶员操纵换档能取消强制低档状态。( 2) 当车辆制动时, 半自动换档控制系统能自动 地切换到空档状态, 解除制动后再回复到原始档位。(3) 半自动换档控制系统能为主机提供主机控制 所需要的换档系统的信息, 以便主机能实现相应的控 制。(4) 半自动换档控制系统的换档过程油压能平稳过渡[ 3～ 5 ]。3换档控制系统的组成及功能如图 1 所示, 半自动换档控制系统由档位选择器、 变速器电子控制单元、换档电磁阀、状态显示器、换档 液压系统和换档离合器等组成。 整个系统通过电缆与 主机控制器进行通讯。图 1 半自动换档系统半自动换档系统的工作原理如下: 电子控制单元 接受来自主机以及档位选择器的信号以后, 进行逻辑 判断, 决定哪个换档电磁阀动作; 电磁阀再通过对换档 液压系统的控制进而实现换档离合器的分离和结合, 最终实现档位的操纵。档位选择器是由驾驶员操纵的电开关组合。通常, 档位选择器需要具有可靠、操纵方便的特点。根据档位 选择器的选择方式的不同, 一般分为手柄式和按钮式 两种。根据对电开关是否有触点, 又可分为有触点式和 无触点式。国内现在基本都采用有触点式档位选择器。 对于这种档位选择器, 由于它每进行一次换档都需要 接触电开关, 时间长了, 必然会造成电开关触点的烧蚀 和磨损。 这将降低电开关的可靠性和使用寿命。 工程 机械的档位选择器一般都要求达到一百万次可靠操纵作者简介: 刘 钊(19582) , 男, 江苏无锡人, 同济大学机械系教授, 博士生导师.— 23 —V o l.20 (Sum 102)Roa d M a chine ry C ons truc tion M e cha niza tionN o.1 2003的寿命, 有触点的电操纵开关一般较难达到, 而无触点 式档位选择器寿命可以大幅度提高。 本半自动电子换 档系统为手柄式档位选择器, 采用了具有自主知识产 权的无触点式专利技术。电子控制单元主要由以单片机为核心的电子系统 组成 (如图 2 所示) , 是整个半自动电子换档系统的控 制中心。状态显示器主要由一 些发光二极管组成, 用于 显 示 目 前 换 档 系 统 的 状 态, 包括档位状态、强制低档信号等, 以使驾